发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管与流程

本发明涉及半导体光电器件领域，尤其涉及一种发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管。

背景技术：

1、常见的gan基发光二极管外延片包括：衬底，以及在所述衬底上依次生长的形核层、本征gan层、n型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层、p型半导体层。其中，多量子阱一般为ingan势垒层和gan势垒层形成的周期性结构。由于电子迁移率很高，往往存在还来不及在势阱层发生复合就发生逃逸的状况，从而影响发光效率；传统结构存在载流子在多量子阱层扩展能力差的问题，导致影响发光二极管发光效率，并且引起工作电压高的问题，还容易导致抗静电能力差。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于，提供一种发光二极管外延片及其制备方法，其可提升发光二极管的发光效率、抗静电能力，降低其工作电压。

2、本发明还要解决的技术问题在于，提供一种发光二极管，其发光效率高，抗静电能力强，工作电压低。

3、为了解决上述问题，本发明公开了一种发光二极管外延片，包括衬底和依次设于所述衬底上的形核层、本征gan层、n型gan层、多量子阱层、电子阻挡层和p型gan层；所述多量子阱层为周期性结构，周期数为2～15，每个周期均包括依次层叠的势阱层和势垒层；每个势垒层均包括依次层叠的第一三元掺杂gan层、sigan层和第二三元掺杂gan层；

4、所述第一三元掺杂gan层的掺杂元素为be、mg和o，所述第二三元掺杂gan层的掺杂元素为be、mg和o；所述第一三元掺杂gan层的掺杂浓度与第二三元掺杂gan层的掺杂浓度相同或不同。

5、作为上述技术方案的改进，所述第一三元掺杂gan层中be的掺杂浓度为1×1015cm-3～1×1017cm-3，o的掺杂浓度为1×1017cm-3～1×1019cm-3，mg的掺杂浓度为1×1014cm-3～1×1016cm-3。

6、作为上述技术方案的改进，所述第二三元掺杂gan层中be的掺杂浓度为1×1015cm-3～1×1017cm-3，o的掺杂浓度为1×1017cm-3～1×1019cm-3，mg的掺杂浓度为1×1014cm-3～1×1016cm-3。

7、作为上述技术方案的改进，所述sigan层中si的掺杂浓度为1×1016cm-3～1×1017cm-3。

8、作为上述技术方案的改进，所述第一三元掺杂gan层的厚度为1nm～10nm，所述sigan层的厚度为1nm～3nm，所述第二三元掺杂gan层的厚度为1nm～10nm。

9、相应的，本发明还公开了一种发光二极管外延片的制备方法，用于制备如上述的发光二极管外延片，其包括：

10、提供衬底，在所述衬底上依次生长形核层、本征gan层、n型gan层、多量子阱层、电子阻挡层和p型gan层；所述多量子阱层为周期性结构，周期数为2～15，每个周期均包括依次层叠的势阱层和势垒层；每个势垒层均包括依次层叠的第一三元掺杂gan层、sigan层和第二三元掺杂gan层；

11、所述第一三元掺杂gan层的掺杂元素为be、mg和o，所述第二三元掺杂gan层的掺杂元素为be、mg和o；所述第一三元掺杂gan层的掺杂浓度与第二三元掺杂gan层的掺杂浓度相同或不同。

12、作为上述技术方案的改进，所述第一三元掺杂gan层的生长温度＜所述第二三元掺杂gan层的生长温度。

13、作为上述技术方案的改进，所述第一三元掺杂gan层的生长温度为800℃～850℃，生长压力为100torr～500torr；

14、所述第二三元掺杂gan层的生长温度为850℃～950℃，生长压力为100torr～500torr。

15、作为上述技术方案的改进，所述sigan层的生长温度为850℃～950℃，生长压力为100torr～500torr。

16、相应的，本发明还公开了一种发光二极管，其包括上述的发光二极管外延片。

17、实施本发明，具有如下有益效果：

18、本发明的发光二极管外延片中，多量子阱层的势垒层包括一次层叠的第一三元掺杂gan层、sigan层和第二三元掺杂gan层，第一三元掺杂gan层、第二三元掺杂gan层的掺杂元素均为be、o和mg。其中，be元素较小，掺入可阻挡势阱层的缺陷，提升晶格质量；且be的掺杂可以降低gan材料的体电阻，增加载流子的扩展，提升发光效率，降低工作电压，提升抗静电能力。mg元素作为p型掺杂，提供部分空穴，弥补了传统势垒层空穴不足的缺陷，提升电子、空穴的复合几率，提升发光效率。o元素的引入提升了be的掺杂效率，其有利于减少空位原子的产生，且o原子的并入有利于打开mg-h键，避免络合物的形成，提升mg的有效掺杂浓度，从而提升mg的并入效率。此外，sigan层还可进一步提升电子的扩展，提升发光二极管的发光效率，降低工作电压，提升其抗静电能力。

技术特征：

1.一种发光二极管外延片，包括衬底和依次设于所述衬底上的形核层、本征gan层、n型gan层、多量子阱层、电子阻挡层和p型gan层；所述多量子阱层为周期性结构，周期数为2～15，每个周期均包括依次层叠的势阱层和势垒层；其特征在于，每个势垒层均包括依次层叠的第一三元掺杂gan层、sigan层和第二三元掺杂gan层；

2.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第一三元掺杂gan层中be的掺杂浓度为1×1015cm-3～1×1017cm-3，o的掺杂浓度为1×1017cm-3～1×1019cm-3，mg的掺杂浓度为1×1014cm-3～1×1016cm-3。

3.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第二三元掺杂gan层中be的掺杂浓度为1×1015cm-3～1×1017cm-3，o的掺杂浓度为1×1017cm-3～1×1019cm-3，mg的掺杂浓度为1×1014cm-3～1×1016cm-3。

4.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述sigan层中si的掺杂浓度为1×1016cm-3～1×1017cm-3。

5.如权利要求1～4任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第一三元掺杂gan层的厚度为1nm～10nm，所述sigan层的厚度为1nm～3nm，所述第二三元掺杂gan层的厚度为1nm～10nm。

6.一种发光二极管外延片的制备方法，用于制备如权利要求1～5任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，包括：

7.如权利要求6所述的发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述第一三元掺杂gan层的生长温度＜所述第二三元掺杂gan层的生长温度。

8.如权利要求6所述的发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述第一三元掺杂gan层的生长温度为800℃～850℃，生长压力为100torr～500torr；

9.如权利要求6所述的发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述sigan层的生长温度为850℃～950℃，生长压力为100torr～500torr。

10.一种发光二极管，其特征在于，包括如权利要求1～5任一项所述的发光二极管外延片。

技术总结
本发明公开了一种发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管，涉及半导体光电器件领域。发光二极管外延片包括衬底和依次设于所述衬底上的形核层、本征GaN层、N型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层和P型GaN层；多量子阱层包括势阱层和势垒层；每个势垒层均包括依次层叠的第一三元掺杂GaN层、SiGaN层和第二三元掺杂GaN层；所述第一三元掺杂GaN层的掺杂元素为Be、Mg和O，所述第二三元掺杂GaN层的掺杂元素为Be、Mg和O；所述第一三元掺杂GaN层的掺杂浓度与第二三元掺杂GaN层的掺杂浓度相同或不同。实施本发明，可提升发光二极管的发光效率、抗静电能力，降低其工作电压。

技术研发人员：张彩霞,印从飞,刘春杨,胡加辉,金从龙
受保护的技术使用者：江西兆驰半导体有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15